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불이 나기 전 배터리에서 나오는 미세한 신호들을 분석해 위험을 예측하는 기술이 전기차 충전소 안전의 판도를 바꾸고 있습니다.
화재 징후 분석은 실제 화재가 발생하기 전 나타나는 다양한 전조 증상을 감지하고 분석하는 기술입니다. 전기차 배터리 화재의 경우 열폭주가 시작되기 전부터 온도 변화, 가스 방출, 전기적 이상 등 여러 신호가 나타납니다.
기존 화재 감지 시스템이 '열'이 발생한 이후에야 화재를 포착하는 것과 달리 화재 징후 분석 기술은 연기나 오프가스와 같은 조기 신호를 감지함으로써 '불이 나기 전' 선제 대응이 가능합니다.
2018년부터 2024년 6월까지 전국적으로 전기차 화재 건수는 187건에 이르며 서울에서만 16건의 화재가 발생했습니다. 전기차 화재는 배터리의 열폭주 현상을 동반하며 높은 온도로 치솟아 내연기관 차량 화재보다 위험하고 피해가 크며 특히 지하 공간에서 발생할 경우 더 큰 피해로 이어질 수 있습니다.
리튬이온배터리에서는 벤트 및 열폭주 발생 시 다양한 가스가 발생됩니다. 배터리의 음극 및 양극재료는 열폭주 시 전해액과 반응하며 전해액은 열폭주 동안 분해될 수 있습니다. 전해액 중의 LiPF6 염은 분해반응으로 HF 등을 포함한 물질을 생성하게 됩니다.
포커스에이치엔에스의 화재모니터링 솔루션은 온/습도 및 유해 가스에 대한 모니터링이 가능합니다. 온습도, 미세먼지, Co, Co2, 유해 물질 등을 실시간으로 감시하여 배터리에서 방출되는 특정 가스 패턴을 조기에 포착할 수 있습니다.
제이디글로벌의 열화상 영상 분석 시스템은 설정 이상의 온도가 발생할 경우 열화상 영상 분석을 통해 방재실 또는 관리자에게 사전 알림을 보내는 방식으로 작동합니다. 고사양의 열화상 카메라로 넓은 온도 범위를 감시하며 400만 화소의 실화상 카메라로 실시간 영상 감시 및 녹화 영상 확인도 가능합니다.
충전시 케이블 및 배터리부의 급속한 온도 상승 패턴을 분석하여 정상 범위를 벗어나는 이상 징후를 조기에 포착합니다.
알체라의 전기차 화재 조기감지 솔루션 FireScout은 기존 CCTV에 AI 영상인식 기술을 접목한 형태로 화재의 초기 징후인 연기 발생 단계부터 빠르게 감지해 실시간 알림을 제공합니다.
FireScout은 영상 AI 분석을 통해 연기와 오프가스와 같은 초기 징후를 시각적으로 인식합니다. 배터리 화재의 주요 특성인 '열폭주 이전의 이상 반응'을 포착할 수 있다는 뜻으로 열화상 카메라보다 수십 분 빠른 초기 감지가 가능합니다.
국내 주요 소방 안전 연구기관은 전기차 화재의 특수성을 고려한 AI 기반 화재 감지 시스템을 개발하기 위해 슈퍼브에이아이와 협력했습니다. 광범위한 화재 사고 데이터셋으로 학습된 맞춤형 모델로 초기 단계 열이나 배터리 가스 방출 등 전문화된 감지 알고리즘을 개발했습니다.
화재 관련 부족한 데이터 등은 슈퍼브에이아이 플랫폼의 생성형 AI 기능을 활용해 합성했습니다. 결과적으로 오경보율은 80% 감소하고 평균 감지 시간은 65% 개선되었습니다.
슈퍼브에이아이는 전기차 배터리 화재 및 주차장의 특성을 학습한 AI 모델을 개발했습니다. 다양한 데이터셋의 학습을 통해 여러 모델을 생성했고 실시간 처리 가능한 범위 내에서 최고의 정확도와 속도 성능을 보인 모델을 선택해 화재 위험을 조기에 감지할 수 있도록 했습니다.
특히 배터리 열 폭주의 초기 징후를 포착하는 데 탁월한 성능을 보여주었습니다. 실시간 모니터링과 자동화된 경보 시스템으로 대응 시간이 크게 단축되었습니다.
현대적인 화재 징후 분석 시스템은 단일 센서가 아닌 여러 센서의 데이터를 융합하여 분석합니다. 열화상 영상, 실시간 영상, 불꽃 감지기를 결합한 화재 감지 카메라를 통해 2중 감시가 이뤄집니다.
에바(EVAR)는 적외선으로 불꽃을 감지하는 센서와 온도 감지센서 4개 등을 탑재해 전기차 화재를 빠르게 대응할 수 있도록 충전기를 개발했습니다. 불꽃이나 온도 등 다양한 센서로 수집한 데이터를 분석해 화재 발생 상황을 감지하게 되면 반경 몇 미터 주변 충전기까지 즉시 충전을 중단하게 됩니다.
배터리 상태를 실시간으로 감지하는 BMS의 경우 주요 제작사가 BMS 안전기능이 없는 구형 전기차에는 무료로 설치하고 이미 기능이 설치된 차량은 무상으로 성능을 업데이트하도록 하여 기능을 개선해 나가고 있습니다.
운전자가 배터리 이상 징후를 적시에 확인할 수 있도록 주요 제작사의 BMS 연결, 알림 서비스 무상제공 기간을 연장하고 자동차 보험료 할인 등을 통해 서비스 이용자를 늘려 나가고 있습니다.
정부는 BMS의 배터리 위험도에 대한 표준을 2025년 안으로 마련하고 2026년 상반기부터는 정보제공 동의 차량을 대상으로 화재 위험 정보가 제작사와 차주뿐만 아니라 소방당국에도 통보될 수 있는 시범사업을 추진한다고 발표했습니다.
기존 시스템 대비 감지 시간이 65% 단축되었으며 오경보율도 80% 감소했습니다. 특히 배터리 열 폭주의 초기 징후 포착에 탁월한 성능을 보여주었습니다. 화재의 전조는 대개 불꽃이 튀는 '아크' 현상이 발생하게 되는데 미리 감지해 알려주기만 해도 골든 타임을 확보해 사상자가 더 이상 발생하지 않고 화재가 확산하지 않도록 할 수 있습니다.
알람 서버를 통해 관리사무소나 119에 자동 신고가 가능합니다. 감지뿐만 아니라 관련된 추후 초동대처까지 가능하다는 점에서 소비자들의 화재 안전에 대한 우려를 한층 경감시킬 수 있습니다. 카메라 자체 라이트 & 오디오 알람 및 관제 시스템을 통한 실시간 알람으로 즉각적인 대응이 가능합니다.
기존 인프라와의 원활한 통합으로 운영 관리가 용이해졌습니다. 오경보 감소로 인한 불필요한 대응 비용이 줄었으며 조기 감지 능력 향상으로 잠재적 피해도 최소화할 수 있게 되었습니다.
알체라의 FireScout은 서울시의 '공동주거시설 전기차 충전기 안전시설 설치 지원사업'의 보조금 지원 품목으로 포함되었습니다. 해당 사업은 아파트, 오피스텔, 연립주택 등 공동주거시설 지하주차장 내 전기차 충전기 안전성을 높이기 위한 것으로 설치 비용의 50%를 지원하며 주차면 수에 따라 최소 417만 원에서 최대 1,667만 원까지 차등 지원됩니다.
완속충전기의 경우에는 BMS와 더불어 이중 안전장치 역할을 할 수 있는 스마트 제어 충전기를 2025년에는 2만 기, 2026년에는 7만 1,000기를 새로 보급할 계획입니다. 기존에 설치된 완속충전기도 사용연한 등을 고려해서 2026년 2만 기를 시작으로 매년 순차적으로 교체해 나갈 예정입니다.
화재 징후 분석 기술은 센서 기술의 발전과 함께 더욱 정밀해지고 있습니다. 나노 센서를 활용해 배터리 셀 내부의 화학적 변화를 분자 단위에서 감지하는 기술까지 연구되고 있습니다. 하지만 지하공간의 특성상 먼지와 습기가 많아 센서 성능이 빠르게 저하되지만 정작 점검은 뒤처지는 경우가 많습니다. 정기적인 유지보수와 센서 교정이 필요한 이유입니다. 또한 다양한 전기차 모델과 배터리 종류에 따른 화재 징후 패턴이 달라질 수 있어 지속적인 데이터 수집과 모델 업데이트가 필요합니다.
KPMG가 공개한 '글로벌 자동차산업동향 보고서'를 보면 설문에 참여한 글로벌 자동차기업 경영진은 2030년까지 전기차의 시장 점유율이 전체 자동차 판매의 약 40%를 차지할 것으로 예측했습니다.
전기차 보급이 확산되면서 화재 징후 분석 전기차 충전 안전 솔루션의 필요성은 더욱 커질 것으로 전망됩니다. 화재 예방을 통한 생명과 재산 보호는 물론 전기차에 대한 사회적 신뢰도 향상에도 기여할 것으로 기대됩니다. AI 기반의 통합관제 솔루션(CCTV&화재모니터링)으로 발전하면서 보다 스마트하고 효율적인 안전 관리가 가능해질 것입니다.
전기화재의 전조를 미리 감지해 골든 타임을 확보하는 기술이 보편화되면 전기차 화재에 대한 근본적인 해결책이 마련될 것으로 전망됩니다. 화재 징후 분석 기술은 전기차 시대의 안전한 인프라 구축에 중요한 역할을 담당하며 앞으로도 지속적인 발전이 기대되는 분야입니다.
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